Aislamiento y medidas respiratoria de las mitocondrias de Arabidopsis thaliana
Summary
Como las mitocondrias son sólo un pequeño porcentaje de la célula de la planta, tienen que ser purificado para una gama de estudios. Las mitocondrias pueden ser aisladas de una variedad de órganos de la planta de homogeneización, seguido de centrifugación gradiente diferencial y densidad para obtener una fracción altamente purificada mitocondrial.
Abstract
Las mitocondrias son organelos esenciales involucrados en numerosas vías metabólicas en las plantas, en particular la producción de trifosfato de adenosina (ATP) de la oxidación de compuestos reducidos como nicotinamida adenina dinucleótido (NADH) y flavina adenina dinucleótido (FADH2). La anotación completa del genoma de Arabidopsis thaliana ha establecido como el más ampliamente utilizado sistema de modelo de planta, y así la necesidad de purificar las mitocondrias de una variedad de órganos (hojas, raíz o flor) es necesaria aprovechar las herramientas que ya están disponibles para Arabidopsis estudiar biología mitocondrial. Las mitocondrias están aisladas por la homogeneización del tejido usando una variedad de enfoques, seguido por una serie de pasos de centrifugación diferencial produce un pellet mitocondrial cruda que más se purifica mediante gradiente de densidad coloidal continua centrifugación. Posteriormente se retira el material coloidal densidad por múltiples pasos de centrifugación. A partir de 100 g de tejido foliar fresco, 2-3 mg de mitocondrias puede rutinariamente obtener. Experimentos respiratorios en las mitocondrias Mostrar tasas típicas de 100-250 nmol O2 min-1 mg proteína mitocondrial total-1 (tasa de NADH-dependiente) con la capacidad de utilizar diferentes sustratos e inhibidores para determinar que sustratos son ser oxidados y la capacidad de las alternativa y citocromo oxidasas terminales. Este protocolo describe un método de aislamiento de las mitocondrias de las hojas de Arabidopsis thaliana mediante gradientes de densidad coloidal continua y un eficiente mediciones respiratoria de las mitocondrias planta purificada.
Introduction
La historia de la investigación mitocondrial planta va detrás más de 100 años1. Las mitocondrias intactas se aisló por primera vez en la temprana década de 1950 utilizando centrifugación diferencial. La aparición de un gradiente de densidad coloidal en la década de 1980 permitió que las mitocondrias ser purificada sin sufrir ajuste osmótico. Mientras que las mitocondrias purificadas gradiente son convenientes para la mayoría de los casos, debido a la sensibilidad de la espectrometría de masas, contaminantes aún relativamente de menor importancia pueden ser detectados y pueden ser asignados inadecuadamente una localización mitocondrial2. El uso de electroforesis de flujo libre puede quitar ambos plastidic y peroxisoma contaminación3, pero sin flujo de electroforesis es una técnica altamente especializada y no es necesaria para la gran mayoría de los estudios. Además, cuando determinar la ubicación de una proteína debe ser recordado doble o múltiples objetivos de proteínas ocurre en las células. Más de 100 proteínas específicas duales se describen para cloroplastos/plástidos y mitocondrias4y un número de proteínas dirigida a las mitocondrias y los peroxisomas también se conocen5. Además, la reubicación de proteínas bajo estímulos específicos, por ejemplo, el estrés oxidativo, es un tema emergente en la biología de la célula6. Por lo tanto, debe ser considerado en el contexto de la biología que estudia la localización de las proteínas, y una variedad de métodos se utilizan para determinar y verificar la ubicación2.
Las mitocondrias son generalmente aisladas de los tejidos vegetales por homogeneización, un equilibrio es necesario entre rompiendo la pared celular para liberar las mitocondrias y no dañar las mitocondrias. Tradicionalmente con patata y coliflor, homogeneización implica el uso de aparatos domésticos licuadora/exprimidor para hacer un extracto líquido en un tampón con varios componentes para mantener la actividad. Aislamiento de mitocondrias de hojas de guisante, (un material popular para aislamiento mitocondrial utilizando plantas de semillero jóvenes (~ 10 días), utiliza una batidora para lyse las células como el material de la hoja es suave. Con la disponibilidad de líneas de knock-out insertional T-DNA de Arabidopsis thaliana , la necesidad de ser capaz de purificar las mitocondrias para llevar a cabo estudios funcionales ha requerido el desarrollo de métodos para aislar mitocondrias de hoja, raíz o flor tejido. En general los métodos desarrollados para otras plantas trabajaban bien7, con la gratificación que moler del material necesario para ser optimizado. Para Arabidopsis esto puede lograrse en una variedad de maneras (véase abajo) y difiere entre tipos de tejidos (raíz versus shoot). El uso de la gradiente continuo también puede ser optimizado como la densidad de las mitocondrias de distintos órganos o etapas de desarrollo medio pueden migran diferentemente. Así, para la separación máxima la densidad del gradiente puede ser refinada para lograr la mejor separación.
Una vez purificada la mitocondria puede utilizarse para una variedad de estudios, incluyendo los experimentos de absorción de proteína y tRNA, ensayos de actividad enzimática, las medidas de la cadena respiratoria y mancha blanca /negra occidental análisis. Las mitocondrias aisladas pueden utilizarse también para los análisis de espectrometría de masas de la abundancia de la proteína. Objetivo reacción múltiple monitoreo análisis (MRM) permite la cuantificación de definido de las proteínas, pero requieren el desarrollo de los ensayos significativos. En cambio, cuantificación por dimetil u otro isótopo etiquetas8, proporciona un enfoque de descubrimiento en la identificación de las diferencias en el proteoma completo que puede utilizarse para descubrir nuevos conocimientos biológicos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Por lo general, aislamiento de mitocondrias de Arabidopsis deja rendimientos encima de 3 mg de mitocondrias de aproximadamente 80-100 3 – 4 semana – viejas plantas, aunque a menudo se logra rendimientos de más de 5 mg con fondo pulido. El rendimiento varía con condiciones de crecimiento y disminuye dramáticamente como hojas marchitaron, aunque las mitocondrias estructura parece mantenerse bien durante la senescencia9. Una de las características más importantes para obtener un buen rendimiento…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por un australiano Consejo centro de excelencia en la investigación en planta de energía CE140100008 de biología, un australiano Consejo futuro beca de investigación (FT130100112) y MWM, una beca de investigación de Feodor Lynen (Alexander von Humboldt Fundación, Alemania) a JS.
Materials
| ADP | Sigma-Aldrich | A2754 | Chemical |
| Antimycin A | Sigma-Aldrich | A8674 | Chemical, dissolve in ethanol |
| AOX antibody | from Tom Elthon | Elthon et al., 1989 | |
| Ascorbate | Sigma-Aldrich | A0157 | Ascorbate Oxidase from Cucurbita sp. |
| ATP | Sigma-Aldrich | A26209 | Chemical |
| Bovine serum albumin (BSA) | Bovogen | BSAS 1.0 | Chemical |
| Clarity western ECL substrate | Bio-Rad Laboratories | 1705061 | Chemical |
| Criterion Stain-Free Precast Gels 8-16% 18 Wells | Bio-Rad Laboratories | 5678104 | Chemical |
| Cyanide | Sigma-Aldrich | 60178 | Chemical |
| Cytochrome c | Sigma-Aldrich | C3131 | Chemical |
| Difco Agar, granulated | BD Biosciences | 214530 | Chemical |
| Dithiotreitol | Sigma-Aldrich | D0632 | Chemical |
| EDTA disodium salt | Sigma-Aldrich | E5134 | Chemical |
| Gamborg B-5 Basal Medium | Austratec | G398-100L | Chemical |
| Gamborg Vitamin Solution (1000x) | Austratec | G219-100ML | Chemical |
| Goat Anti-Mouse IgG (H + L)-HRP Conjugate | Bio-Rad Laboratories | 1706516-2ml | Chemical |
| Goat Anti-Rabbit IgG (H + L)-HRP Conjugate | Bio-Rad Laboratories | 1706515-2ml | Chemical |
| L-Cysteine | Sigma | C7352-100G | Chemical |
| Magnesium sulfate | Sigma-Aldrich | 230391 | Chemical |
| Murashige & Skoog Basal Salt Mixture (MS) | Austratec | M524-100L | Chemical |
| Myxothiazol | Sigma-Aldrich | T5580 | Chemical, dissolve in ethanol |
| NADH | Sigma-Aldrich | N8129 | Chemical |
| Ndufs4 antibody | from Etienne Meyer | Meyer et al., 2009 | |
| n-Propyl gallate | Sigma-Aldrich | P3130 | Chemical, dissolve in ethanol |
| Percoll | GE Healthcare | 17-0891-01 | Chemical, colloidal density gradient |
| Polyvinylpyrrolidone (PVP40) | Sigma-Aldrich | PVP40 | Chemical |
| Potassium cyanide | Sigma-Aldrich | 60178 | Chemical |
| Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P5655 | Chemical |
| Pyruvate | Sigma-Aldrich | P2256 | Chemical |
| Sodium chloride | Chem-Supply | SA046 | Chemical |
| Sodium dithionite | Sigma-Aldrich | 157953 | Chemical |
| Sodium L-ascorbate | Sigma | A4034-100G | Chemical |
| Succinate | Sigma-Aldrich | S2378 | Chemical |
| Sucrose | Chem-Supply | SA030 | Chemical |
| TES | Sigma-Aldrich | T1375 | Chemical |
| Tetrasodium pyrophosphate (Na4P2O7 · 10H2O) | Sigma-Aldrich | 221368 | Chemical |
| Trans-Blot Turbo RTA Midi Nitrocellulose Transfer Kit | Bio-Rad Laboratories | 1704271 | Chemical |
| Triton-X 100 | Sigma-Aldrich | X100 | Chemical, detergent |
| Western Blocking Reagent | Sigma | 11921681001 | Chemical |
| Balance | Mettler Toledo | XS204 | Equipment |
| Beakers | Isolab | 50 mL | |
| Centrifuge | Beckman Coulter | Avanti J-26XP | Equipment |
| Centrifuge tubes | Nalgene | 3117-9500 | Equipment |
| Circulator | Julabo | 1124971 | Attached to oxygen electrode chamber |
| Conical flask | Isolab | 500 mL | |
| Dropper | 3 mL | ||
| Fixed angle rotor | Beckman Coulter | JA25.5 | Equipment |
| Funnel | Per Alimenti | 14 cm | For filtering |
| Gradient pourer | Bio-Rad | 165-4120 | For preparation of gradients |
| Magnetic Stirrer ATE | VELP Scientifica | F20300165 | Equipment |
| Miracloth | VWR | EM475855-1R | Filtration material |
| Mortar and pestle | Jamie Oliver | Granite, 6 Inch | Equipment |
| O2view | Hansatech Instruments | Oxygen monitoring software | |
| Oxygraph Plus System | Hansatech Instruments | 1187253 | Clark-type oxygen electrode |
| Paintbrush | Artist first choice | 1008R-12 | |
| Parafilm | Bemis | PM-996 | plastic paraffin film |
| Peristaltic pump | Gilson | F155001 | For preparation of gradients |
| PVC peristaltic tubing | Gilson | F117930 | For preparation of gradients |
| Water bath | VELP Scientifica | OCB | Equipment |
References
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